超低摩擦機械要素実現のための窒化炭素膜超低凝着表面層の測定及び極性基の同定

氮化碳薄膜超低附着力表层测量及极性基团识别，实现超低摩擦机械元件

基本信息

批准号：
18860036
负责人：
野老山貴行
金额：
$ 1.75万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18860036/
关键词：
窒化炭素膜 FT-IR分析表面摩擦炭素窒素極性基その場分析

项目摘要

CNx(窒化炭素)膜とSi_3N_4(窒化ケイ素)材料の窒素中超低摩擦現象は,窒素雰囲気中において任意のくり返し摩擦の後に得られるが,このなじみ期間において摩擦面での極性基の増減あるいは変化は明らかでなく,従来の表面分析手法では,摩擦試験と分析を同時に行えないことから正確な表面状態を把握することができなかった.そこで本研究では,より正確な分析を行うために,FTIRチャンバ内にて摩擦試験とその場分析可能な摩擦試験装置を試作し,窒素中及びアルゴン中の摩擦に伴うCNx膜極表面の官能基の変化を明らかにした.得られた主な結果を以下に示す.Si_3N_4円筒側面とCNx膜を荷重0.2N,ヘルツの平均接触圧力3.85MPaにて窒素中摩擦試験を行い,その場分析を行った.その結果,CNx膜最表面に吸着した官能基である-NH及び-OH結合に対応するピーク面積は,摩擦初期においては0.10程度であったが,4000サイクルまで摩擦係数が0から0.6程度であった間に,ピーク面積は増加し最大で0.16になった.その後4500サイクル程度からの急激な摩擦係数の減少に伴いピーク面積も急激に減少し,摩擦係数が0.01となる超低摩擦現象を発現した時には,摩擦初期の面積より小さい0.051(平均値)程度となった.これらの官能基の変化は,摩擦試験と分析を同時に行うその場分析を行ったことにより,初めて観察することができた.以上の結果から,極性を持つ官能基である-NH及び-OH結合のCNx膜最表面での形成・脱離が摩擦力に影響を及ぼしていることを提案した.

CNX（氮化碳）膜和Si_3n_4（氮化硅）材料的氮中的超低摩擦现象是在氮气中重复摩擦后获得的准确抓住表面状态。因此，在这项研究中，为了进行更准确的分析，在FTIR室中对能够进行摩擦测试和原位分析的摩擦测试装置进行了原型，并且由于氮和氩气的摩擦而引起的CNX膜表面的官能团的变化揭示了。获得的主要结果如下所示。 Si_3n_4气缸侧和CNX膜以0.2N的负载进行氮进行摩擦测试，平均接触压力为HERTZ的平均接触压力，并进行了原位分析。结果，在CNX膜表面吸附的官能团-NH和-OH键对应的峰面积在摩擦的早期阶段约为0.10，但峰面积最大为0.16，而摩擦系数约为0至0.6至0.6次。在那之后，峰面积突然下降，摩擦系数从约4500个周期突然降低，当发生超低摩擦现象的摩擦系数为0.01时，它比摩擦开始时小于0.051（平均值）。首次通过进行原位分析观察到这些官能团的变化，这是通过摩擦测试和分析同时进行的。从上述结果中提出，在CNX膜表面的-NH和-OH键的形成和解吸，它们是极性官能团，会影响摩擦力。